CN209018751U - 测量宫缩压力的电路 - Google Patents
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Abstract
一种有效过滤毛刺干扰且可准确测量子宫收缩压力的测量宫缩压力的电路。其由标准的惠斯通电桥电路、分压保护电路和检测信号放大电路构成，该惠斯通电桥电路将压敏电阻Rx的变化对应的桥端电压差值信号传递给分压保护电路；分压保护电路将所述桥端电压差值信号转换为差分信号送入检测信号放大电路；检测信号放大电路将消除共模干扰信号后的差模信号放大并通过胎儿监护仪的显示屏输出。其利用高灵敏度的惠斯通电桥电路、分压保护电路以及三运放构成仪表放大器，既保证了检测压力电路的敏感度，又尽量消弱了孕妇咳嗽等干扰产生的毛刺在宫缩压曲线上的影响，以及极好的抑制了共模干扰信号，提高了信噪比。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测压力的电路，特别涉及一种测量子宫收缩压力的电路。
背景技术
临床背景：孕妇在分娩过程中，子宫收缩是促进分娩的必要条件。子宫收缩作为娩出胎儿的外推力持续发生于第一和第二产程，检测孕妇子宫压力，对指导孕妇合理用力，缩短孕妇分娩过程有很重要的临床意义。
对于宫缩乏力，也可以提前干预，比如输入催产素等，减少难产等问题的发生。但是，分娩过程中产妇体位、自由活动、呼吸和情绪会对子宫收缩观察产生影响，干扰子宫收缩观察，为临床数据分析和评估，以及指导临床处理带来误导。
另外，在分娩过程中，因孕妇咳嗽、弯腰等动作会造成其腹部局部颤动或移位，该颤动或移位会对胎儿监护仪上的压力传感器有一个较大的外力冲击，导致监护仪显示图形上产生一个瞬时变化且幅度较大的毛刺形状的干扰(参见图1所示)，而正常的子宫收缩一般是不会产生这种变化迅速的信号的(参见图 2)。这种干扰会对医生能否正确判断宫缩峰值强度造成一定影响。
因此，临床急需优化改良现有子宫收缩信号摄取和处理技术，为临床提供准确子宫收缩信息。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种有效过滤毛刺干扰且可准确测量子宫收缩压力的测量宫缩压力的电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：本实用新型的测量宫缩压力的电路，包括安装在胎儿监护仪宫缩压力探头上的压力传感器，其特征在于：该电路由标准的惠斯通电桥电路、分压保护电路和检测信号放大电路构成，其中，
惠斯通电桥电路中的电阻R4为构成所述压力传感器的压敏电阻Rx，该惠斯通电桥电路将压敏电阻Rx的变化对应的桥端电压差值信号传递给分压保护电路；
分压保护电路将所述桥端电压差值信号转换为差分信号送入检测信号放大电路；
检测信号放大电路将消除共模干扰信号后的差模信号放大并通过胎儿监护仪的显示屏输出。
所述分压保护电路由电阻R5、电阻R6、可变电阻R7和电阻R8构成，其中，电阻R5与电阻R6并接的一端与所述惠斯通电桥电路的一个桥端相接，可变电阻R7与电阻R8并接的一端与所述惠斯通电桥电路的另一个桥端相接；电阻R5 的另一端与可变电阻R7的另一端相接后接往所述的检测信号放大电路中的一个运放器；电阻R6的另一端与电阻R8的另一端相接后接往所述的检测信号放大电路中的另一个运放器。
所述检测信号放大电路由第一运放器A1、第二运放器A2和第三运放器A3 构成，其中，
在第一运放器A1与第二运放器A2的反相输入端之间连接可变电阻R9，第一运放器A1的同相输入端与分压保护电路中的电阻R6的另一端相接，第二运放器A2的同相输入端与分压保护电路中的电阻R5的另一端相接；
第三运放器A3的同相输入端通过电阻R12接于第一运放器A1的输出端，其反相输入端通过电阻R14接于第二运放器A2的输出端；
在第一运放器A1的反相输入端与输出端之间跨接电阻R10；
在第二运放器A2的反相输入端与输出端之间跨接电阻R11；
在第三运放器A3的同相输入端与输出端之间跨接电阻R13，在其反相输入端与地之间跨接电阻R15。
所述的第一运放器A1、第二运放器A2和第三运放器A3均为Analog Devices Inc公司的OP27GSZ型号的运放器。
本实用新型利用高灵敏度的惠斯通电桥电路、分压保护电路以及三运放构成仪表放大器，既保证了检测压力电路的敏感度，又尽量消弱了孕妇咳嗽等干扰产生的毛刺在宫缩压曲线上的影响，以及极好的抑制了共模干扰信号，提高了信噪比。
附图说明
图1为胎儿监护仪显示的带有毛刺的宫缩图形曲线。
图2为胎儿监护仪显示的基本正常的宫缩图形曲线。
图3为本实用新型的电路原理图。
图4为标准惠斯通电桥电路。
附图标记如下：
惠斯通电桥电路1、分压保护电路2、检测信号放大电路3。
具体实施方式
如图3所示，本实用新型的测量宫缩压力的电路由标准的惠斯通电桥电路1、分压保护电路2和检测信号放大电路3构成。
1、惠斯通电桥电路1
惠斯通电桥电路1为标准的惠斯通电桥电路，其由电阻R1、电阻R2、电阻 R3和电阻R4首尾依次相接构成，其中，电阻R1与电阻R2并接的一端与直流电源Vcc相接，电阻R3与电阻R4的并接的一端与地相接，电阻R3为可变电阻。
电阻R1的另一端与电阻R3的另一端相接并作为该电桥电路1的一个桥端，电阻R2的另一端与电阻R4的另一端相接并作为该电桥电路1的另一个桥端。
所述电阻R4为压敏电阻Rx，该压敏电阻Rx作为压力传感器安装在胎儿监护仪宫缩压力探头上，其阻值可随宫缩压力而变化。
惠斯通电桥电路1的作用是将压敏电阻Rx的阻值变化对应的桥端电压(即两个桥端之间的电压差)差值信号传递给分压保护电路2。
电路简介
如图4所示，为标准的惠斯通电桥的原理图，待测电阻Rx和电阻R1、电阻 R2、电阻R0四个电阻构成电桥的四个“臂”，检流计G连通的CD称为“桥”。当 AB端加上直流电源时，桥上的检流计G用来检测其间有无电流及比较“桥”两端(即CD端)的电位大小。
调节电阻R1、电阻R2和电阻R0，可使CD两桥端点的电位相等，检流计G 指针指零(即Ig＝0)，此时，电桥达到平衡。电桥平衡时，UAC＝UAD，UBC＝UBD，即 I1R1＝I2R2，IxRx＝I0R0。因为检流计G中无电流流过，所以，I1＝Ix,，I2＝I0,。
上列两式相除，得：
则
式(5-2)即为电桥平衡条件。
本实用新型的电桥电路1中的电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值分别为1K、 1K、10K,其中电阻R3为可变电阻，用于电路的调零。压敏电阻Rx的压力值与电阻值的变化呈现为线性关系，用电桥电路1测出压敏电阻Rx值的大小，就可以推导出压力值的大小，进而求出宫缩压力值。
电桥电路1的输入输出函数：Uo＝Vcc*(R3/(R1+R3)-Rx/(R2+Rx))
2、分压保护电路2
其由电阻R5、电阻R6、可变电阻R7和电阻R8构成。
电阻R5与电阻R6并接的一端与所述惠斯通电桥电路1的一个桥端相接；可变电阻R7与电阻R8并接的一端与所述惠斯通电桥电路1的另一个桥端相接。
电阻R5的另一端与可变电阻R7的另一端相接后接往所述的检测信号放大电路3中的一个运放器；电阻R6的另一端与电阻R8的另一端相接后接往所述的检测信号放大电路3中的另一个运放器。
该分压保护电路2，把信号转换为差分信号。电阻R5、电阻R6、电阻R8选用电阻值为1K欧姆，电阻R7为可变电阻，电阻值为10K欧姆，作为差分信号的调节使用，使用过程中，电阻R7与电阻R8最好不要调到完全一样的阻值。
分压的好处是，在孕妇分娩过程中，大幅运动或者是咳嗽等，产生的瞬时干扰，这里进行分压后，能极大的减缓表现，对电路进行保护，同时减少毛刺在宫缩压力曲线上的表现，使得宫缩更加容易识别。
即该分压保护电路2将所述桥端电压差值信号转换为差分信号送入检测信号放大电路3。
输入输出函数：Uo＝Ui*(R5/(R5+R7)-R6/(R6+R8))
3、检测信号放大电路3
其由三个运算放大器构成，分别为第一运放器A1、第二运放器A2和第三运放器A3。
在第一运放器与第二运放器的反相输入端之间连接可变电阻R9，第一运放器的同相输入端与分压保护电路2中的电阻R6的另一端相接，第二运放器的同相输入端与分压保护电路2中的电阻R5的另一端相接。
第三运放器的同相输入端通过电阻R12接于第一运放器的输出端，其反相输入端通过电阻R14接于第二运放器的输出……
在第一运放器的反相输入端与输出端之间跨接电阻R10。
在第二运放器的反相输入端与输出端之间跨接电阻R11。
在第三运放器的同相输入端与输出端之间跨接电阻R13，在其反相输入端与地之间跨接电阻R15。
该检测信号放大电路(也称仪表放大器)3为精密差分电压放大器电路，它源于运算放大器,且优于运算放大器。
该检测信号放大电路3把关键元件集成在放大器内部，其独特的结构使它具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益设置灵活和使用方便等特点，使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器和高档音响设备等方面倍受青睐。
仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差分输入和相对参考端的单端输出。与运算放大器不同之处是运算放大器的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接的外部电阻决定，而仪表放大器则使用与输入端隔离的内部反馈电阻网络。仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。
其主要由两级差分放大器电路构成。其中，第一运放器A1和第二运放器A2 为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。
以第三运放器A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR(指共模抵制比)要求不变情况下，可明显降低对电阻R12和电阻R14，电阻R13和电阻R15 的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。
本仪表放大器是由三个Analog Devices Inc公司的OP27GSZ集成运算放大器组成，OP27GSZ的特点是低噪声，高速，低输入失调电压和卓越的共模抑制比。 R11＝R10＝100K欧姆，R12＝R14＝10K欧姆，R9＝10K欧姆，R13＝1M欧姆。
这个特殊的差动放大器，具有超高输入阻抗，极其良好的CMRR，低输入偏移，低输出阻抗，能放大那些在共模电压下的差模信号。
即该检测信号放大电路3将消除共模干扰信号后的差模信号放大并通过胎儿监护仪的显示屏输出准确的宫缩压力。
输入输出函数：Uo＝Ui*(-R13/R12*(1+2R10/R9)
综合以上，第一级电路的输出即为第二级电路的输入，所以压力传感器压敏电阻Rx的变化量与电压输出Vout的关系为：
Vout＝Vcc*(R3/(R1+R3)-Rx/(R2+Rx))*(R5/(R5+R7)-R6/(R6+R8)) *(-R13/R12*(1+2*R10/R9)。
Claims (4)
1.一种测量宫缩压力的电路，包括安装在胎儿监护仪宫缩压力探头上的压力传感器，其特征在于：该电路由标准的惠斯通电桥电路(1)、分压保护电路(2)和检测信号放大电路(3)构成，其中，
惠斯通电桥电路(1)中的电阻R4为构成所述压力传感器的压敏电阻Rx，该惠斯通电桥电路(1)将压敏电阻Rx的变化对应的桥端电压差值信号传递给分压保护电路(2)；
分压保护电路(2)将所述桥端电压差值信号转换为差分信号送入检测信号放大电路(3)；
检测信号放大电路(3)将消除共模干扰信号后的差模信号放大并通过胎儿监护仪的显示屏输出。
2.根据权利要求1所述的测量宫缩压力的电路，其特征在于：所述分压保护电路(2)由电阻R5、电阻R6、可变电阻R7和电阻R8构成，其中，电阻R5与电阻R6并接的一端与所述惠斯通电桥电路(1)的一个桥端相接，可变电阻R7与电阻R8并接的一端与所述惠斯通电桥电路(1)的另一个桥端相接；电阻R5的另一端与可变电阻R7的另一端相接后接往所述的检测信号放大电路(3)中的一个运放器；电阻R6的另一端与电阻R8的另一端相接后接往所述的检测信号放大电路(3)中的另一个运放器。
3.根据权利要求2所述的测量宫缩压力的电路，其特征在于：所述检测信号放大电路(3)由第一运放器A1、第二运放器A2和第三运放器A3构成，其中，
在第一运放器A1与第二运放器A2的反相输入端之间连接可变电阻R9，第一运放器A1的同相输入端与分压保护电路(2)中的电阻R6的另一端相接，第二运放器A2的同相输入端与分压保护电路(2)中的电阻R5的另一端相接；
第三运放器A3的同相输入端通过电阻R12接于第一运放器A1的输出端，其反相输入端通过电阻R14接于第二运放器A2的输出端；
在第一运放器A1的反相输入端与输出端之间跨接电阻R10；
在第二运放器A2的反相输入端与输出端之间跨接电阻R11；
在第三运放器A3的同相输入端与输出端之间跨接电阻R13，在其反相输入端与地之间跨接电阻R15。
4.根据权利要求3所述的测量宫缩压力的电路，其特征在于：所述的第一运放器A1、第二运放器A2和第三运放器A3均为Analog Devices Inc公司的OP27GSZ型号的运放器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021213150A1 (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-28 | 广州易风健康科技股份有限公司 | 弱电信号采集电路及具有该采集电路的座圈及马桶盖 |
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